Aprovechamiento de los recursos naturales

Molinos. Paneles fotovoltaicos. Energías renovables

  • Enviado por: LoWsKy
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1. Molinos

'Aprovechamiento de los recursos naturales'


Molino de viento en Consuegra

El molino de viento consiste en una estructura de madera o metálica, tensada para resistir el empuje del viento, en cuya parte superior hay unas aspas que transforman la energía del viento en energía mecánica (movimiento). Esta parte superior (que además sirve de cubierta) gira para orientar las aspas según la dirección del viento, mediante un largo madero (gobierno; a la derecha de la imagen) exterior al edificio, que se amarra a unos hitos anclados al suelo. Las aspas mueven una rueda casi vertical (catalina) que, mediante otro engranaje (linterna), trasmite el movimiento del eje de las aspas a un eje vertical, que mueve la volandera.

Los molinos de viento se desarrollaron en Estados Unidos a fines del siglo XIX y fueron perdiendo vigencia con los nuevos sistemas eléctricos de bombeo más eficientes una vez el suministro de esa corriente se hizo generalizado. Los molineros de Marchigüe no inventaron nada nuevo, sino que aprendieron a hacerlos con rústicas herramientas. Las estructuras son generalmente de madera de la zona tensadas con alambres enroscados, las aspas y veletas son de láminas de zinc recortadas, los descansos de los ejes son de fierro dulce forjaos a fragua y los ejes templados tras el proceso de deformación a forja. Todo el sistema de lubricación reemplaza las originales grasera y cárteres de aceite por cebo de caballos usados para lubricar ejes de carreta.

En la parte superior del edificio, bajo la cubierta, hay unos ventanucos (que también se ven en la foto) que servían para que el molinero supiera la dirección del viento y, en consecuencia, pudiera orientar las aspas como mejor convenía.

La utilidad de los molinos de viento para producir energía mecánica, se ha aprovechado para otros usos, como sacar agua, de lo que son un ejemplo los empleados en los polders de Holanda.

1.1 Molino de sangre

En lugares sin vientos ni ríos aprovechables, se construyeron molinos de sangre. El molino propiamente dicho estaba en una primera planta y el eje que movía la volandera seguía hasta la baja, donde le cruzaban unos maderos a los que se enganchaban mulas o bueyes, que caminaban en círculo, para mover la piedra. Estos animales llevaban los ojos vendados para evitar el mareo. Este tipo tan peculiar de molino en realidad tiene un origen muy antiguo, pues existe un ejemplar en un yacimiento arqueológico llamado el Cabezo de Alcalá, en Azaila (Teruel), de época iberomana, en torno al siglo I.

1.2 Molino de agua


Ruedas de paletas de una aceña.

Las aceñas o molinos de agua, se hacían a la vera de los ríos, construyendo una presa para embalsar agua y conseguir una diferencia de altura. El agua del azud (o embalse) corría por un canal (que también se llamaba azud) y movía una rueda de paletas, la que a su vez movía los mecanismos del molino, muy semejantes a los descritos para el de viento.

Este modo de obtener energía mecánica se utilizaba también en otros usos, como los batanes (también mencionados en el Quijote) o en las serrerías, de las que aprovechando las corrientes de agua americanas, mucho más caudalosas que las peninsulares, los españoles construyeron instalaciones muy importantes.

Actualmente, muchos de estos azudes se emplean para producir energía eléctrica (energía minihidráulica), pero llevando el agua por un conducto cerrado desde el fondo del embalse hasta una turbina, con mucho mejor rendimiento que con una rueda de paletas.

1.3 Molino eólico

'Aprovechamiento de los recursos naturales'
Eólico es todo aquello que está relacionado con el viento y sus efectos asociados.

La primera utilización de la capacidad energética del viento fue la navegación a vela. En ella, la fuerza del viento se utiliza para impulsar un barco. Barcos con velas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a. C.). Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencial de la energía eólica, su discontinuidad, ya que el viento cambia de intensidad y de dirección de manera impredecible, o deja de soplar.

Sobre la superfície de la Tierra se usan los molinos. Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable. Esta energía proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio se puede conectar a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento.

2. Paneles fotovoltaicos

Los paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, que significa "luz-electricidad". Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico para transformar la energía del Sol y hacer que una corriente pase entre dos placas con cargas eléctricas opuestas.

Numerosas empresas e instituciones están trabajando para aumentar la eficiencia de estos dispositivos.

En 2005 el problema más importante con los paneles fotovoltaicos era el coste, que ha estado bajando hasta 3 o 4 dólares por vatio. El precio del silicio usado para la mayor parte de los paneles ahora está tendiendo a subir. Esto ha hecho que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio más delgados para bajar los costes de producción. Debido a economías de escala, los paneles solares se hacen menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que se aumenta la producción los precios continuarán bajando en los próximos años.

La mayor parte de este sistema compra la energía al mismo precio de venta, aunque algunas compañías la compran a un precio cercano a 1/3 de lo que cobran. Como contraste, en Alemania se ha adoptado un sistema extremo de net-metering para incentivar el crecimiento del mercado de las energías renovables, de forma que se paga ocho veces lo que la compañía cobra. Este alto incentivo ha creado una enorme demanda de paneles solares en ese país.


Agua caliente solar

Una lavandería en California, EEUU, con paneles solares de agua caliente en techo.

Un calentador solar de agua usa la energía del Sol para calentar un líquido, el cual transfiere el calor hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente de sanitario puede ser calentada y almacenada en un depósito de agua caliente.

Los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula líquido adheridos a ésta. El líquido calentado es bombeado hacia un aparto intercambiador de energía (una bobina dentro del compartimento de almacenado o un aparato externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Esto provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energía solar.

3. Energía geotérmica

Energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores entre los que caben destacar: el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc.

Planta de energía geotérmica en las Filipinas

3.1 Tipos de fuentes geotérmicas

3.2 Esquema de las fuentes de energía geotérmicas

Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas básales o dentro de rocas sedimentarias. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing). El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable. Un ejemplo en Inglaterra, fue el Proyecto de Roca Caliente HDR (sigla en inglés: HDR, Hot Dry Rocks), abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en 1989. Los programas HDR se están desarrollando en Australia, Francia, Suiza, Alemania. Los recursos de magma (roca fundida) ofrecen energía geotérmica de altísima temperatura, pero con la tecnología existente no se puede aprovechar económicamente esas fuentes.

3.3 Tipos de campos geotérmicos según Tº del agua

  • Energía geotérmica de alta temperatura

La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Su temperatura está comprendida entre 150 y 400 ºC, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varios condiciones para que se de la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 ºC. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.

  • Energía geotérmica de temperaturas medias

La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 ºC. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido volátil. Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos.

  • Energía geotérmica de baja temperatura

La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 ºC.

  • Energía geotérmica de muy baja temperatura

La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. La frontera entre las diferentes energías geotérmicas es arbitraria; la temperatura por debajo de la cual no es posible ya producir electricidad con un rendimiento aceptable está entre 120 y 180 ºC.

3.4 Usos

  • Generación de electricidad

  • Aprovechamiento directo del calor

  • Calefacción y ACS

  • Refrigeración por absorción

3.5 Generación de electricidad

Se produjo por 1ª vez energía eléctrica geotérmica en Larderello, Italia, en 1904. Desde ese tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de 8.000 megawatt de los cuales EEUU genera 2.700 MW

3.6 Inyección de agua

En varios sitios, ha ocurrido que los depósitos de magma se agotaron, cesando de dar energía geotermal, quizás ayudado por la inyección del agua residual fría, en la recarga del acuífero caliente. O sea que la recarga por reinyección, puede enfriar el recurso, a menos que se haga un cuidadoso manejo. En al menos una localidad, el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos (ver enlace externo abajo). Esto ha traído una discusión si los dueños de una planta son responsable del daño que un temblor causa.

4. Biomasa

Panicum virgatum, una resistente planta empleada para producir biocombustibles

La biomasa abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en un área determinada de la superficie terrestre, o por organismos de un tipo específico. El término es utilizado con mayor frecuencia en las discusiones relativas a la energía de biomasa, es decir, al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos. La energía de biomasa que procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente principal de energía de las zonas en desarrollo.

Es la masa total de la materia viva de una parte de un organismo, población o ecosistema y tiende a mantenerse más o menos constante. Por lo general, se da en términos de materia seca por unidad de área (por ejemplo kg/ha o g/m²). En la pluvisilva del Amazonas puede haber una biomasa de plantas de 1.100 tn/ha de tierra.

En términos energéticos, se utiliza como energía renovable, como es el caso de la leña, del biodiésel, del bioalcohol, del biogas y del bloque sólido combustible.

La biomasa podría proporcionar energías sustitutivas, gracias a biocarburantes tanto líquidos como sólidos, como el biodiésel o el bioetanol.

La biomasa se puede producir o se puede obtener a partir de subproductos o residuos. Algunos argumentan que producir biomasa necesitaría muchas [há] de plantaciones que habría que quitar a cultivos para alimentos o acaparar más terreno salvaje.

Biomasa cultivada:

  • Cardo.

  • Árboles.

4.1 Biomasa a partir de residuos

  • Alpechín, residuo del proceso de elaboración de aceite de oliva.

  • Cáscaras de frutos secos.

  • Restos de carpintería.

  • Restos de podas, siegas y limpieza de montes.

  • Otros residuos de industria alimentaria. Si contiene humedad, el residuo se seca.

  • Excrementos secos de animales.

4.2 Ventajas:

  • Permite eliminar residuos orgánicos e inorgánicos, al tiempo que les da una utilidad.

  • Es una fuente de energía renovable.

  • Es una fuente de energía no contaminante.

4.3 Inconvenientes:

  • La incineración puede resultar peligrosa, al producir la emisión de sustancias tóxicas. Por ello se deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900ºC.

  • No existen demasiados lugares idóneos para su aprovechamiento ventajoso.

5. Energía mareomotriz

La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de La Tierra y La Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia.


Antiguo molino de mareas en Isla Cristina (Huelva)

La energía mareomotriz tiene la cualidad de renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han evitado una proliferación notable de este tipo de energía.

Otras formas de extraer energía del mar son: la olas, energía undimotriz; de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico

6. Combustible fósil

Los combustibles fósiles son mezclas de compuestos orgánicos que se extraen del subsuelo con el objeto de producir energía por combustión. Se consideran combustibles fósiles al carbón, procedente de bosques del periodo carbonífero, y al petróleo y el gas natural procedente de otros organismos.

La materia viva contiene los mismos componentes básicos de los combustibles fósiles, lo que contribuiría a explicar el origen orgánico de esta fuente energética. Aunque su origen no se conoce con precisión, algunos estudios señalan que se formaron a partir de millones de minúsculos organismos llamados plancton que quedaron atrapados en estratos de rocas sedimentarias y que al ser sometidos a altas presiones y altas temperaturas durante miles de años se transformaron en hidrocarburos.

El combustible fósil puede utilizarse directamente, quemándose para producir calor y movimiento, en hornos, estufas, calderas y motores. También se puede usar para obtener electricidad en las centrales térmicas, en las que con el calor generado al quemar estos combustibles se obtiene vapor de agua, el que conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento un generador eléctrico.

La utilización de combustibles fósiles es responsable del aumento de emisión a la atmósfera de dióxido de carbono, gas que contribuye al aumento del efecto invernadero y al calentamiento global, según informes emitidos por numerosos científicos pertenecientes a esta área del conocimiento.

El carbón fue muy utilizado para el funcionamiento de estas máquinas

7. Máquina de vapor

Máquina de vapor.

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía de una cantidad de vapor de agua en trabajo mecánico o cinético. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

  • se genera el vapor de agua en una caldera cerrada, por calentamiento directo mediante la quema de algún combustible —carbón o madera en sus inicios, derivados del petróleo y gas natural con posterioridad—

  • el vapor a presión se introduce en el cilindro arrastrando el émbolo o pistón en su expansión; empleando un mecanismo de biela - manivela éste se puede transformar en un movimiento de rotación de, por ejemplo, el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial expulsando el vapor de agua.

El ciclo se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga, es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras, motores marinos, etc. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son ya de émbolo o desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbomáquinas, es decir, atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor. En la actualidad la máquina de vapor alternativa es un motor muy poco usado salvo para servicios auxiliares, ya que se ha visto desplazado especialmente por el motor eléctrico en la maquinaria industrial y por el motor de combustión interna en el transporte.

Tren de vapor.

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